(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サセプタ（２）に支持される１つ以上の基板（２１）の上に特に複数の成分から成る半導体層を堆積する半導体層堆積方法であって、
前記サセプタ（２）が、プロセスチャンバー（１）の壁の部分を形成し、
前記壁の部分が、プロセス温度に加熱デバイス（５）によって加熱され、
プロセスガスが、II族またはIII族の有機金属成分とV族またはVI族の水素化物を含み、ガス混合システム（２２）によって供給され、ガス注入エレメント（８）の流路（１５、１６；１８）を通って前記プロセスチャンバー（１）の中にキャリアガスとともに導入され、
前記キャリアガスが、実質的に前記サセプタ（２）に並行に前記プロセスチャンバー（１）を通って流れて、ガス排出エレメント（７）を通って排出され、
前記プロセスガスが、少なくとも加熱された前記基板（２１）の表面上で分解生成物に熱分解され、
前記分解生成物が、少なくとも前記基板（２１）の表面上と、前記サセプタ（２）の下流の端（２’）から間隔（Ｄ）で下流に位置する前記ガス排出エレメント（７）の表面上とのある領域において被膜を形成するために成長し、
第１のプロセスステップが第１のプロセス温度で実行され、当該第１のプロセスステップの後で、分解生成物の成長によってコーティングされた前記ガス排出エレメント（７）のクリーニングまたは交換を間に挟むことなく、第２のプロセスステップが第２のプロセス温度で実行され、
前記第２のプロセス温度が、前記第１のプロセス温度より少なくとも５００℃高く、
前記ガス排出エレメント（７）の被膜から前記第２のプロセス温度で蒸発する分解生成物、または分解生成物の断片や塊が逆拡散や逆循環によって前記基板（２１）に到達することを防ぐために前記間隔（Ｄ）が十分に大きく、
前記２つのプロセスステップの間における前記ガス排出エレメント（７）の表面温度がお互いに最大で１００℃のみ異なるように、前記ガス排出エレメント（７）の加熱が前記２つのプロセスステップの間で制御される、
ことを特徴とする半導体層堆積方法。
【請求項２】
ＭＯＣＶＤ法であって、前記プロセスガスが、III族とV族の元素、またはII族とVI族の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体層堆積方法。
【請求項３】
前記２つのプロセスステップにおいて、特に異なる材料の組成を使って、異なる層を前記基板（２１）上に堆積させることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体層堆積方法。
【請求項４】
前記間隔（Ｄ）が、少なくとも拡散長の３倍に相当することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体層堆積方法。
【請求項５】
前記ガス排出エレメント（７）が巻き線（５‘）によって積極的に加熱され、前記２つのプロセスステップの間の表面温度が前記２つのプロセスステップに対する付加物の形成温度より上であるようにのみ変化することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体層堆積方法。
【請求項６】
前記第１のプロセスステップが堆積プロセスであり、前記第２のプロセスステップが前記基板（２１）の交換の後で付加的に実行される熱処理ステップであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体層堆積方法。
【請求項７】
１つ以上の基板（２１）の上に特に複数の成分から成る半導体層を堆積する半導体層堆積装置であって、
前記基板（２１）を支持し、プロセスチャンバー（１）の壁の部分を形成するサセプタ（２）を含み、
前記壁の部分が、プロセス温度に加熱デバイス（５）によって加熱され、
ガス供給ライン（２７、２８）によってガス混合システム（２２）に接続されるガス注入エレメント（８）を含み、
前記ガス混合システム（２２）によって供給されるプロセスガスが前記ガス注入エレメント（８）の流路（１５、１６；１８）を通って前記プロセスチャンバー（１）の中にキャリアガスとともに導入されることが可能であり、
前記プロセスガスが、II族またはIII族の有機金属成分とV族またはVI族の水素化物を含み、前記ガス混合システム（２２）のタンク（２３、２５）に蓄えられ、
前記キャリアガスが実質的に前記サセプタ（２）に並行に前記プロセスチャンバー（１）を通って流れるように、前記流路（１５、１６；１８）と、前記プロセスガスとキャリアガスが前記プロセスチャンバー（１）から排出されるときに通るガス排出エレメント（７）とが、前記プロセスチャンバー（１）に配置され、
前記プロセスガスが少なくとも前記基板（２１）の表面上で分解生成物に分解し、前記分解生成物が、前記基板（２１）と前記ガス排出エレメント（７）の熱い表面上の少なくともある領域において熱分解の方法で被膜を形成するために成長するように、前記サセプタ（２）と、前記サセプタ（２）の下流の端（２’）から間隔（Ｄ）を隔てて前記サセプタ（２）の下流に位置する前記ガス排出エレメント（７）とが、前記加熱デバイス（５）によって直接的にまたは間接的に加熱可能であり、
前記ガス排出エレメント（７）の被膜から蒸発する分解生成物、または分解生成物の断片や塊が逆拡散や逆循環によって前記基板（２１）に到達することを防ぐために前記間隔（Ｄ）が十分に大きく、
２つのプロセスステップの間における前記ガス排出エレメント（７）の表面温度がお互いに最大で１００℃のみ異なるように、少なくとも５００℃異なるプロセス温度を持つ前記２つのプロセスステップの間で前記ガス排出エレメント（７）の加熱が制御されることが可能である、
ことを特徴とする半導体層堆積装置。
【請求項８】
前記サセプタ（２）が支持プレート（１３）に支持され、当該支持プレート（１３）の端の領域が前記ガス排出エレメント（７）の所まで前記サセプタ（２）の下流の端（２’）を超えて外側に延びることを特徴とする請求項７に記載の半導体層堆積装置。
【請求項９】
拡散境界を形成する前記支持プレート（１３）がクオーツで構成され、前記サセプタ（２）がグラファイトで構成されることを特徴とする請求項８に記載の半導体層堆積装置。
【請求項１０】
前記支持プレート（１３）の下に配置される分配器プレート（１４）が同様にクオーツで構成されることを特徴とする請求項９に記載の半導体層堆積装置。
【請求項１１】
前記加熱デバイス（５）が前記サセプタ（２）の下に、特に前記支持プレート（１３）と前記分配器プレート（１４）の下に配置された１つ以上のＲＦ加熱コイルによって形成され、最も外側の巻き線（５‘）が前記ガス排出エレメント（７）を積極的に加熱することを特徴とする請求項１０に記載の半導体層堆積装置。
【請求項１２】
前記ガス排出エレメント（７）が、円形の前記プロセスチャンバー（１）を取り囲み、多数の開口（９）を備え、当該開口（９）を通って前記キャリアガスと前記プロセスガスの反応生成物とが前記ガス排出エレメント（７）の収集ボリューム（１０）に到達し、当該収集ボリューム（１０）が排出チャネル（１１）によって真空ポンプに接続されることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の半導体層堆積装置。
【請求項１３】
前記ガス供給ライン（２７、２８）がマスフローコントローラ（２６）とバルブを経由してタンク（２３、２４、２５）に接続され、前記タンク（２３）がキャリアガスを蓄え、前記タンク（２４）が有機金属物質を蓄え、前記タンク（２５）が水素化物を蓄えることを特徴とする請求項７ないし１２のいずれか１項に記載の半導体層堆積装置。
【請求項１４】
前記ガス排出エレメント（７）が、水平面に延びる前記サセプタ（２）より垂直方向に下に位置することを特徴とする請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の半導体層堆積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプタに支持される１つ以上の基板の上に特に複数の成分から成る半導体層を堆積する方法に関する。サセプタがプロセスチャンバーの壁の部分を形成し、壁の部分がプロセス温度に加熱デバイスによって加熱される。プロセスガスが、ガス混合システムによって供給され、ガス注入エレメントの流路を通ってプロセスチャンバーの中にキャリアガスとともに導入される。キャリアガスは、実質的にサセプタに並行にプロセスチャンバーの中に流れる。プロセスガスが少なくとも加熱された基板の表面上で分解生成物に熱分解され、分解生成物が少なくとも基板の表面上と、サセプタの下流の端から所定の間隔で下流に位置するガス排出エレメントの表面上とのある領域において被膜を形成するために成長する。第１のプロセスステップが第１のプロセス温度で実行され、その後で、分解生成物の成長によってコーティングされたガス排出エレメントのクリーニングまたは交換を間に挟むことなく、第２のプロセスステップが第２のプロセス温度で実行される。第２のプロセス温度は、第１のプロセス温度より高い。
【０００２】
更に、本発明は、１つ以上の基板の上に特に複数の成分から成る半導体層を堆積する装置に関する。その装置は、基板を支持し、プロセスチャンバーの壁の部分を形成するサセプタを含み、壁の部分はプロセス温度に加熱デバイスによって加熱される。その装置は、ガス供給ラインによってガス混合システムに接続されるガス注入エレメントを含み、ガス混合システムによって供給されるプロセスガスがガス注入エレメントの流路を通ってプロセスチャンバーの中にキャリアガスとともに導入されることが可能である。そして、キャリアガスが実質的にサセプタに並行にプロセスチャンバーを通って流れるように、流路がプロセスチャンバーに配置される。プロセスガスが少なくとも基板の表面上で分解生成物に分解し、分解生成物が基板とガス排出エレメントの熱い表面上の少なくともある領域において熱分解の方法で被膜を形成するために成長するように、サセプタと、サセプタの下流の端から所定の間隔を隔ててサセプタの下流に位置するガス排出エレメントとが、加熱デバイスによって直接的にまたは間接的に加熱可能である。
【背景技術】
【０００３】
一般的な種類の装置は、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載されている。それらの装置は反応炉ハウジングを持ち、反応炉ハウジングは環境に対してガスが漏れないように密封される。反応炉ハウジング内にプロセスチャンバーがある。これは円形のシリンダーの形状である。プロセスチャンバーの円盤状の床はグラファイトから成るマルチパートサセプタによって形成される。マルチパートサセプタはプロセスチャンバーに面する側にその中心の周りに配置された複数の凹部を有する。凹部の中に円盤状の基板ホルダがあり、各基板ホルダの表面にコーティングされるべき基板が支持される。基板ホルダは回転駆動され、ガス流によるガスクッションで支持される。中心の柱の上に置かれているサセプタは、同様にプロセスチャンバーの回転軸の周りを回転することができる。水平面に延びるサセプタの上に、同様にグラファイトで作られたプロセスチャンバーの天井がある。プロセスチャンバーの天井の中心には、供給ラインによってガス混合システムに接続されるガス注入エレメントがある。ガス混合システムによってガス注入エレメントの出口がキャリアガスと、そのキャリアガスにより運ばれるプロセスガスとを供給する。一方では、プロセスガスは有機金属物質、例えばＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、またはＴＭＡｌであることができる。他のプロセスガスは、水素化物、例えばヒ化水素、ホスフィン、またはアンモニアである。これらのプロセスガスを使って、半導体層が基板の表面に堆積させられる。その層は、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、およびＮで構成されることができる。それらの装置を使って、III-V属半導体層だけでなく、また出発物質の適切な選択によってII-VI属半導体層を堆積させることができる。更に、適切な少量の出発物質の付加によって堆積される半導体層にドープすることができる。
【０００４】
キャリアガスとともにプロセスチャンバーの中心に導入されるプロセスガスは、プロセスチャンバーの天井と床に並行にプロセスチャンバーを通って水平方向に流れる。プロセスチャンバーの床と、また付加的にプロセスチャンバーの天井はプロセス温度に加熱される。これは、ＲＦヒーターによって行われる。このために、サセプタの下に水冷加熱コイルの巻き線がある。プロセスガスは、熱い表面上で、特に熱い基板表面上で分解生成物に熱分解する。速度論的に制御された温度範囲において最も高い結晶の品質が達成されることができるので、基板上での半導体層の成長はこの温度範囲で起こるようにプロセスが行われる。プロセスの間に、基板を囲むサセプタの表面領域において、プロセサチャンバーの天井の下側において、およびプロセサチャンバーの下流の壁を形成するガス排出エレメントにおいて寄生性の被膜が成長することは避けられない。
【０００５】
論議中の装置で起こる熱処理プロセスは、異なるプロセス温度を必要とする。一般的な方法では、最初の原料の最初の層が最初のプロセスステップで基板上に堆積する。これは低いプロセス温度で行われ、その温度は例えば５００℃から８００℃までの範囲であることができる。１つ以上の除去ステップと、更にまた付加的な中間のステップとの後で２番目のプロセスステップが実行される。そのプロセス温度は、最初のプロセスよりもかなり高く、少なくとも１，０００℃である。このプロセスステップでは、２番目の原料の層が最初の層の上に、または更に中間の層の上に堆積する。最初のプロセスステップにおいて分解生成物でコーティングされたガス排出エレメントは、最初のプロセスステップと２番目のプロセスステップの間の期間にクリーニングも交換もされなかった。２番目のプロセスステップで堆積した層の後続の分析において、最初のプロセスステップでプロセスチャンバーの中に導入されたプロセスガスの分解生成物の痕跡が見つかった。
【０００６】
更にまた、一般的な装置を使って、非常に高いプロセス温度、例えば１，６００℃で実行されるプロセスステップで始まる堆積方法を実行することができる。このプロセスステップは熱処理ステップであってよい。複数のステップの間に交換された基板上での以前の堆積プロセスにおいて、成長ステップがより低い温度で実行されたならば、ガス排出エレメントに寄生性の被膜がある。基板が交換されたとき、ガス排出エレメントが取り替えられなかったならば、熱処理プロセスの間にも、次のコーティング処理のための汚染されたガス排出エレメントが存在する。また、このプロセス手続きのために、層の成長が起こる低い温度での最初のプロセスステップは、高いプロセス温度での２番目のプロセスステップによって従われる。ここでまた、より早いプロセスステップからの分解生成物が後で堆積された層に含まれることが、堆積された層の後続の分析により立証された。
【０００７】
また、特許文献４は、先行技術に属するが、コーティングされる基板を支持するサセプタが下から加熱されるＣＶＤ反応炉を開示する。プロセスチャンバーはカバーによって上部を閉じられ、その中をプロセスガスが水平方向に流れる。ガス排出端で反応ガスの再循環を防ぐために安定羽根が与えられ、それはガスが流れる細い経路を定める。
【０００８】
特許文献５はプロセスチャンバーを持つＣＶＤ反応炉を開示し、そのプロセスチャンバーの床は基板を支持する回転可能なサセプタを形成する。プロセスガスは、プロセスチャンバーを通って水平方向に流れるが、付加的な不活性ガスの導入によって上部からサセプタの方向に強制される。この方法で、ガスの層流がコーティングされる基板の上に確立される。
【０００９】
特許文献６は、下から加熱されるプロセスチャンバーを持つＣＶＤ反応炉を開示し、そのプロセスチャンバーを通る流れは水平方向に起こる。ここでまた、プロセスガスの流れのパターンに影響を及ぼすために、付加的な不活性ガスの流れが供給される。
【００１０】
特許文献７は、プロセスチャンバーを持つＣＶＤ反応炉を開示する。そのプロセスチャンバーの床はサセプタを形成し、サセプタはランプによって下から加熱される。そのサセプタの上にシャワーヘッドタイプのガス注入エレメントがある。そのプロセスチャンバーの壁は加熱される。サセプタより低い高さに、ポンプによってプロセスチャンバーからプロセスガスを吸い出すためにガス排出口がある。
【００１１】
特許文献８は、シャワーヘッドタイプのガス注入エレメントを持ち、コーティングされる基板が下から加熱されるプロセスチャンバーを備えたＣＶＤ反応炉を開示する。
【００１２】
特許文献９は、ガス排出チューブを示す。それは、加熱スリーブを備えた内側チューブを有する。
【００１３】
特許文献１０はコーティングされる基板が支持されるサセプタを持つＣＶＤ反応炉を開示し、その基板は下から加熱される。ガス排出口は、サセプタより低い高さに存在する。
【００１４】
特許文献１１は、シャワーヘッドタイプのガス注入エレメントと、プロセスチャンバーの床を形成するサセプタとを備えたＣＶＤ反応炉を開示し、サセプタの上で基板が支持される。ガス排出アニュラスが与えられ、これはギャップを残す間隔でサセプタを囲む。
【００１５】
特許文献１２は、ガス排出システムにおけるポリマー形成の問題に取り組む。そこに配置されたヒーターによって、ポリマーの化学結合が破壊される。
【００１６】
特許文献１３はＣＶＤ反応炉とガス排出の流れの中に配置された凝結トラップとに関し、そのトラップは加熱されることができる。
【００１７】
特許文献１４は、基板が浮いた状態で保持されるＣＶＤ反応炉を開示する。それで、基板を両側からコーティングすることができる。
【００１８】
特許文献１５はＣＶＤ反応炉のための特別なガス混合システムを開示する。プロセスチャンバー内の圧力の変動が削減されるように、そのシステムのバルブの配置は選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】独国特許第１００  ４３  ６００  Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第１  ０６０  ３０１  Ｂ１号明細書
【特許文献３】欧州特許第１  ２４０  ３６６  Ｂ１号明細書
【特許文献４】欧州特許第０  ４４９  ８２１号明細書
【特許文献５】欧州特許第０  ２５２  ６６７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８９１，２５１号明細書
【特許文献７】米国特許第５，９５１，７７２号明細書
【特許文献８】米国特許第２００２／００００１９６  Ａ１号明細書
【特許文献９】米国特許第２００３／０１３６３６５  Ａ１号明細書
【特許文献１０】米国特許第２００５／００１１４４１  Ａ１号明細書
【特許文献１１】米国特許第２００６／０２２５６４９  Ａ１号明細書
【特許文献１２】米国特許第２００９／００４４６９９  Ａ１号明細書
【特許文献１３】米国特許第２００９／０１１４１５５  Ａ１号明細書
【特許文献１４】日本国特許第０８０７８３３８  Ａ号明細書
【特許文献１５】日本国特許第１０３０６３７５  Ａ号明細書
【特許文献１６】欧州特許第０  ６８７  ７４９  Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
途中でガス排出エレメントを交換またはクリーニングすることなしに、お互いに続くプロセスステップにおいて汚染のない層を堆積させることができる配置を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的は、請求項に明記された本発明によって達成される。従属する請求項は、関連する請求項１と７の有利な改善を示す。けれども、更にまた、従属する請求項は、問題の独立した解決策を提供し、任意の望ましい方法でお互いに結び付けられることができる。
【００２２】
本発明は、観察された層の汚染がガス排出エレメントの被膜にその起源を持つという実験とモデル計算の過程で得られた認識に基づく。このために、非常に高くドープされたテスト層を使う一連の実験でその汚染が研究された。汚染の程度は、基板と最初の層の間の界面に比べて基板と第２の層の間の界面で具体化される。実験の過程で、ガス排出エレメントの表面温度がまたかなり変化することが見いだされた。また、これは、特許文献３に記載されているような装置で観察された。その装置において、ガス排出エレメントは、基板交換の間に低くされることができ、このためにサセプタから間隔を持つ。サセプタとガス排出エレメントの間のこの種の狭い間隔は、また、特許文献２の図１に示される。論議中のフロー反応炉において、プロセスガスは、プロセスチャンバーを通って水平方向に流れる。流れの境界はサセプタとガス排出エレメントの間に形成される。分解生成物はより低いプロセス温度の間ガス排出エレメントの表面に寄生的に成長するが、それは第２のプロセスステップにおいてガス排出エレメントの表面から蒸発する傾向を持つ。第２のプロセスステップにおいてこれまではサセプタのみならずガス排出エレメントがかなり高い温度に加熱される。このためガス層になる成分は、あらゆる方向に、結果的にガスの流れに逆らって拡散する。この対向流拡散が、第２のプロセスステップで堆積する層またはその後で堆積する層の望ましくない汚染に対して責任があることが分かった。単に高温で実行される熱処理ステップの場合にさえ、高いプロセス温度でガス排出口から蒸発する分解生成物がまさしく基板までプロセスチャンバー中で拡散し、そこでその表面に付着するので、熱処理された基板表面の汚染がある。
【００２３】
この難点を打ち破るために、本発明に従う手段は、装置の構築において、サセプタの下流の端とガス排出エレメントの間の間隔にある。その間隔は、ガス排出エレメント上の被膜から蒸発する分解生成物、もしくは分解生成物の断片または塊が対向流拡散または再循環によって基板に達するのを防ぐために十分に大きく作られる。更に、本発明に従う手段は、ガス排出エレメントの別個の温度制御に関連する。これは、異なるプロセス温度を使うプロセスステップの間にガス排出エレメントの表面温度がわずかな程度のみお互いから異なるようにもたらされる。対応するように、ガス排出エレメント上の被膜から第２のプロセス温度で蒸発する分解生成物、もしくは分解生成物の断片または塊が対向流拡散または再循環によって基板に達するのを防ぐためにサセプタの下流の端とガス排出エレメントの間の間隔が十分に大きくなるようにガス相の状態、温度、圧力等が調整されるようにその方法が実行される。このために、代わりにまたは更に付加的に、ガス排出エレメントの表面温度が両方のプロセスステップの間でわずかな程度のみお互いに異なるようにその温度が２つのプロセスステップの間で制御されることができる。この温度範囲は初めから終わりまで１００℃以上であってよい。それは、ガス排出エレメント上の被膜の化学的および物理的特性に依存する。サセプタに最も近い表面がサセプタから拡散長の３倍に等しい間隔を持つならば、それは最適である。ここで、流れの速度によって決まる対向流拡散長が問題になっている。この逆拡散長は、蒸発した分解生成物のガス相の濃度が１／ｅに減るパスによって定義される。ガス排出エレメントの温度制御は、サセプタの下に配置された１つ以上の加熱コイルによって、特に外側のまき線によって達成される。このようにして、ガス排出エレメントは別個に積極的に加熱される。このために、加熱コイルは、プロセスチャンバーを環状に取り囲むガス排出エレメントのすぐ近くにある。ガス排出エレメントは電気伝導性のある材料で作られる。それでガス排出エレメントは、ＲＦコイルによって生成される渦電流によって加熱されることができる。望ましい実施形態において、ガス排出エレメントが水平面に延びるサセプタよりも垂直方向に低く配置されることが提供される。ガス排出エレメントの位置調整と積極的な加熱によって、その表面は実質的にプロセスの実行とは独立に温度に関して制御されることができる。従って、ガス排出エレメントの表面温度はサセプタの表面温度よりもかなり小さく変動する。サセプタの表面温度は異なるプロセスステップに対して５００℃以上まで完全に異なってよい。ガス排出エレメントは、前述の種類のサセプタの温度変化の場合にはたかだか１００℃の温度の変化のみがあるように積極的に加熱される。一様なガス相の反応を持ったプロセスでは、分解生成物が表面で熱分解によって成長するだけではなく、またガス相の反応が起こるが、ガス排出エレメントは付加物形成温度より上の温度を持たなければならない。また、これはプロセスチャンバーの天井のために必要とされ、プロセスチャンバーの天井はそのようなプロセス中に積極的に加熱される。この種類のプロセスでは、特に有機金属成分が複数の中間ステップを経て基本元素、例えば、ガリウム、インジウム、アルミニウムに分解する。けれども、通常のプロセス温度で、これらの金属はそれらの低い蒸気圧のために揮発性ではない。従って、ガス相で核生成がある。この核生成が付加物形成の理由である。これは防がれるべきである。このために、プロセスチャンバー内に冷たいゾーンが生じないことを保証することが必要である。サセプタはグラファイトから成るが、それはクオーツから成る支持プレートに取り付けられる。支持プレートの端はサセプタの下流の端に固定される。同様にグラファイトで作られるガス排出アニュラスがこの支持プレートの端に直接隣接する。このアニュラスは支持プレートの高さに口を持つ開口を有する。その開口を通って、キャリアガスガスがガス排出エレメントの収集ボリュームの中に流れることができる。ガス収集ボリュームは排出チャネルに接続され、排出チャネルは真空ポンプに接続される。
【００２４】
本発明に係るＣＶＤ反応炉の場合には、原理上は先行技術で知られているようなガス注入エレメントが使われることができる。例えば、円形のプロセスチャンバーの中央に配置されているガス注入エレメントが使われることができる。このガス注入エレメントは、お互いから離れている少なくとも２つの流路を持ち、それらを通って有機金属物質と水素化物がプロセスチャンバーに達する。これらの流路は供給ライン、マスフローレギュレータおよびバルブを経てキャリアガスとプロセスガスが蓄えられているタンクと接続される。水素、窒素または希ガスがキャリアガスとして使われることができる。中央のガス注入エレメントの代替手段として、例えば、特許文献１６に記載されているようなシャワーヘッドの形式のガス注入エレメントを使ってもよい。これは、プロセスチャンバーの天井を形成し、注入エリアの至る所に一様に分布する複数の通気口を持ち、その通気口からプロセスガスがプロセスチャンバーに入ることができる。ここで、さまざまなプロセスガスが異なるガス通気口を通ってプロセスチャンバーに入ることができる。ここでまた、実質的にサセプタの表面に並行に動くガスの流れが生じる。
【００２５】
添付図面を参照して本発明の典型的な実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態に係る装置の半分の断面図を示す。
【図２】図１のII-II線断面図を示す。
【図３】異なる構成のガス注入エレメントを備える第２の実施形態に係る装置の図１に対応する図を示す。
【図４】プロセスチャンバーの重要な部品が概略的に示されており、更にガス混合システムが示された更に別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に係る装置の供給に適したガス混合システム２２は、有機金属物質のためのタンク２３、キャリアガスのためのタンク２４、および水素化物のためのタンク２５を持つ。有機金属物質は、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌ、または同種のものである。キャリアガスは、水素、窒素、または希ガスである。水素化物は、ＡｓＨ３、ＰＨ３、またはＮＨ３である。図示されていないが、さらに別のプロセスガスおよび特にドーパントの貯蔵のための付加的な追加のタンクがある。プロセスガスとキャリアガスは、上流にバルブがあるマスフローコントローラ２６によって測定される。好ましくは、供給は図示しないベント／ランシステムによって生じる。供給ライン２７、２８はガス注入エレメント８で終わる。
【００２８】
図１に示される実施形態では、ガス注入エレメント８が回転対称であるプロセスチャンバー１の中央に配置されている。プロセスチャンバー１の床はグラファイトで作られたサセプタ２によって形成される。サセプタ２は複数の表面凹部を有し、それらの中に各々円形の基板ホルダ６が包み込まれる。支持ガスがガス供給ライン１２を通ってノズルを経て凹部に導入される。それで、基板ホルダ６はガスクッションの上で支えられて回転する。個々の基板ホルダ６は、円形の配置でプロセスチャンバー１の中心を囲む。
【００２９】
サセプタ２はクオーツの支持プレート１３の上にある。支持プレート１３の端部は、下流の端２’を越えて半径方向に外側に延びる。拡散境界を形成する支持プレート１３の端部は、距離Ｄだけサセプタ２の端２’を越えて延びる。距離Ｄは、プロセスに関連する寸法を示す。
【００３０】
支持プレート１３は分配器プレート１４の上に取り付けられ、分配器プレート１４によって支持ガスがサセプタ２に供給される。柱が参照符号１５によって示される。柱１５は、サセプタ２がそれを軸として回転駆動されることができるように構成される。
【００３１】
らせん状に構成されるＲＦ加熱コイル５がサセプタ２、支持プレート１３および分配器プレート１４の下に位置する。ＲＦ加熱コイル５のボディは、冷却媒体が流れる空洞のボディである。
【００３２】
ＲＦ加熱コイル５は加熱エネルギーを付加的に別々に供給することができるが、その半径方向に最も外側の巻き線５’はガス排出エレメント７のすぐそばに配置される。
【００３３】
ガス排出エレメント７は、環状のボディから成り、モリブデンまたは好ましくはグラファイトで作られる。ガス排出エレメント７は支持プレート１３の半径方向に外側の端と直接接触する。ガス排出エレメント７は上方に面する開口９を有し、開口９を通ってガスがプロセスチャンバー１から収集ボリューム１０に流れることができる。収集ボリューム１０は真空ポンプに排出チャネル１１経由でつながれる。記述された装置全体は反応炉ハウジング２０内に配置され、プロセスチャンバー１は反応炉ハウジング２０によって外界に対してガスが漏れないように遮蔽される。プロセスチャンバー１の上壁はプロセスチャンバー天井３によって形成され、それは同様にグラファイトから成る。また、この後者は、先行技術、特に特許文献１に記載されているように、別々に加熱される。プロセスチャンバー１の側壁は、環状の側壁４によって形成される。
【００３４】
ガス排出エレメント７はサセプタ２から間隔を空けて下流に配置される。ガス排出エレメント７は水平方向に間隔を空けられており、垂直方向にはサセプタより低い位置にある。ガス排出エレメント７は、それと結び付く加熱デバイス（巻き線５’）によって積極的に加熱されることができる。
【００３５】
図３に示される実施形態は、主にガス注入エレメント８の構成において図１に示される実施形態と異なる。ガス注入エレメント８は、ここではシャワーヘッドとして形成され、特許文献１６に記載されている構成を持つ。すなわち、プロセスチャンバー１の中へのプロセスガスの注入のために複数のガス出口１８がプロセスチャンバー天井３に配置される。このガス出口１８の上に、ガス分配ボリュームが参照符号１９によって示される。単一のガス分配ボリューム１９のみが図３に示されている。けれども、より好ましい構成において、特許文献１６に記載されているように、複数のガス分配ボリュームが与えられることができる。
【００３６】
図４に示される実施形態において、同様に問題の水平反応炉がある。その中で、ガス排出エレメント７の開口９は基板２１を運ぶサセプタ２の表面の水平位置より下にある。
【００３７】
前述の装置で実行されるプロセスにおいて、ガス排出エレメント７をプロセスステップの間でクリーニングする、または交換する必要なしに、複数のプロセスステップが順々に実行される。従って、少なくとも第１のプロセスステップにおいてプロセスガスの分解生成物でガス排出エレメント７の被膜が生じる。第１のプロセスステップは、低い温度で、例えば５００℃と１，０００℃の間の温度で実行される。このプロセスステップにおいて、有機金属物質と水素化物の導入によってIII-V族半導体が基板上に堆積する。また、ガス排出エレメント７の表面にこれらの分解生成物によって寄生性の被膜が堆積する。ガス排出エレメント７の温度の分離管理によって、このエレメントの温度は狭い温度範囲に保持される。プロセスチャンバー１内の全圧は、１ミリバールと１，０００ミリバールの間の範囲である。好ましくは、全圧は２０ミリバールと５００ミリバールの間である。
【００３８】
この第１のプロセスステップの後で、さらなる中間ステップが実行される。異なるプロセス温度と異なる全圧の下で他のプロセスガスを使って追加の層を第１の層の上に堆積させることができる。また、本発明に係る第２のプロセスステップの前にプロセスチャンバー１から既にコーティングされた基板を取り除き、プロセスチャンバー１の中に未使用の基板を導入することができる。本発明に係る第２のプロセスステップは、主としてそのプロセス温度によって本発明に係る第１のプロセスステップと異なる。これは、第１のプロセスステップのプロセス温度よりも高い。第２のプロセスステップは１，０００℃と１，６００℃の間の温度で実行されることができる。それで、２つのプロセス温度は少なくとも５００℃異なる。従って、第２のプロセスステップは、堆積プロセスまたは単に熱処理プロセスであることができる。
【００３９】
第２のプロセスステップのプロセスパラメータに対して、従って、第２のプロセス温度や第２のプロセスステップの間の全圧に対して、ガス排出エレメント７上の被膜から蒸発する分解生成物、またはこれらの生成物の断片や塊の逆拡散や逆循環が基板２１に達しないように、サセプタ２の下流の端２’とガス排出エレメント７との間の上述した間隔Ｄが選択される。このため、間隔Ｄは、問題になっている蒸発材料の逆拡散長の少なくとも３倍に相当する。逆拡散長は、濃度枯渇曲線の指数関数減衰過程から導き出される特性値である。このために、その濃度枯渇曲線の９０％の点と１０％の点を通る直線が引かれる。その直線とＸ軸の交点が、Ｘ軸上でその間隔がマークされて、拡散長を定義する。これは、４００ミリバールと６００℃の壁の温度でマグネシウムーインー水素システムのために１５ｍｍである。そのとき、このシステムにおける間隔Ｄの最小値は４５ｍｍである。ここで６０ｍｍの値を適用することが最適である。
【００４０】
それに、加熱デバイス（巻き線５’）によるガス排出エレメント７の積極的な加熱によって、第２のプロセスステップの間におけるそのエレメントの表面温度は第１のプロセスステップの間におけるそのエレメントの表面温度よりも最大約１００度高い値に保持される。この手段の結果として、ガス排出エレメント７上の被膜の蒸発率は少なくとも最小化されるか、または変化しない。
【００４１】
間隔Ｄの領域における支持プレート１３の表面は、最小限の堆積のみがそこで生じるように選択される。
【００４２】
全ての開示された特徴は、（それ自体で）本発明に関連する。関係する／添付の優先権書類（先の出願のコピー）の開示内容もまた、本願の特許請求の範囲にこれらの書類の特徴を包含させる目的も含め、その出願の開示全体をここに含める。
【図１】
0005619164.tif 000002
【図２】
0005619164.tif 000003
【図３】
0005619164.tif 000004
【図４】
0005619164.tif 000005